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一种精确分段补偿的带隙基准电压源设计

电子元件与材料 2024年第3期43卷 328-334页

作者：何浩冯全源西南交通大学微电子研究所四川成都611756

针对传统的带隙基准电压的温漂系数较高的问题,设计了一种低温漂系数的带隙基准电压源。分别引入正负温度系数电流在高温和低温阶段对带隙基准电压进行线性补偿。NPN管作为开关管,通过工作在线性区的NMOS管作为等效电阻将正负温度系数... 详细信息

针对传统的带隙基准电压的温漂系数较高的问题,设计了一种低温漂系数的带隙基准电压源。分别引入正负温度系数电流在高温和低温阶段对带隙基准电压进行线性补偿。NPN管作为开关管,通过工作在线性区的NMOS管作为等效电阻将正负温度系数电流转换成基极电压,控制NPN管导通和截止,进而控制开始和结束补偿的温度,实现精确补偿。基于SMIC 0.18μm工艺通过Cadence进行仿真。仿真结果为:在输入电压5 V时,温度在-40~125℃内,输出电压经过精确补偿后,温漂系数从16.48×10^(-6)/℃下降到0.829×10^(-6)/℃。输出基准电压最大仅变化152μV。在室温下,低频时电源抑制比为73.7 dB,电压源可以在2.8~7.5 V稳定工作。

关键词：带隙基准精确补偿温漂系数分段补偿

650 V IGBT横向变掺杂终端的设计与优化

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电子元件与材料 2024年第1期43卷 61-66页

作者：高兰艳冯全源西南交通大学微电子研究所四川成都611756

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)器件的最重要参数之一是击穿电压(Breakdown Voltage,BV),影响IGBT器件BV的因素包括:平面工艺PN结扩散终端、界面电荷、杂质在Si、SiO2中具有不同分凝系数等。其中影响IGBT... 详细信息

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)器件的最重要参数之一是击穿电压(Breakdown Voltage,BV),影响IGBT器件BV的因素包括:平面工艺PN结扩散终端、界面电荷、杂质在Si、SiO2中具有不同分凝系数等。其中影响IGBT器件耐压能力的重要因素是芯片终端结构的设计,终端区耗尽层边界的曲率半径制约了BV的提升,为了能够减少曲率效应和增大BV,可以采取边缘终端技术。通过Sentaurus TCAD计算机仿真软件,采取横向变掺杂(Variable Lateral Doping,VLD)技术,设计了一款650 V IGBT功率器件终端,在VLD区域利用掩膜技术刻蚀掉一定的硅,形成浅凹陷结构。仿真结果表明,这一结构实现了897 V的耐压,终端长度为256μm,与同等耐压水平的场限环终端结构相比,终端长度减小了19.42%,且最大表面电场强度为1.73×10^(5)V/cm,小于硅的临界击穿电场强度(2.5×10^(5)V/cm);能在极大降低芯片面积的同时提高BV,并且提升了器件主结的耐压能力。此外,工艺步骤无增加,与传统器件制造工艺相兼容。

关键词：绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 终端 VLD 击穿电压功率器件

具有多晶阻挡层的浮空P区IGBT开关特性研究

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电子元件与材料 2024年第1期43卷 67-72页

作者：肖蝶冯全源西南交通大学微电子研究所四川成都611756

为了减少浮空P区IGBT结构的栅极空穴积累,改善结构的电磁干扰(EMI)噪声问题,从而提高结构电磁干扰噪声与开启损耗(Eon)之间的折中关系,研究提出了一种具有多晶硅阻挡层的FD-IGBT结构。新结构在传统结构的浮空P区上方引入一块多晶硅阻挡... 详细信息

为了减少浮空P区IGBT结构的栅极空穴积累,改善结构的电磁干扰(EMI)噪声问题,从而提高结构电磁干扰噪声与开启损耗(Eon)之间的折中关系,研究提出了一种具有多晶硅阻挡层的FD-IGBT结构。新结构在传统结构的浮空P区上方引入一块多晶硅阻挡层,阻挡层接栅极,形成与N型漂移区的电势差。新结构在器件开启过程中,多晶硅阻挡层下方会积累空穴,导致栅极附近积累的空穴数量减少,从而降低浮空P区对栅极的反向充电电流。通过TCAD软件仿真结果表明,相比于传统FD-IGBT,新结构开启瞬态的过冲电流(I_(CE))和过冲电压(V_(GE))的峰值分别下降26.5%和8.6%,且在栅极电阻(R_(g))增加时有更好的电流电压可控性;相同开启损耗下,新结构的dI_(CE)/dt、dV_(CE)/dt和dV_(KA)/dt最大值分别降低26.5%,15.1%和26.1%。

关键词：电磁干扰噪声开启损耗浮空P区多晶硅阻挡层栅极反向充电电流

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一种基于电容充放电的低功耗时钟发生器

微电子学 2024年第1期54卷 60-65页

作者：邓家雄冯全源西南交通大学微电子研究所成都611756

基于SMIC 0.18μm CMOS工艺,设计了一种基于电容充放电的新型低功耗时钟发生器。为了减小温度变化引起的频率波动,设计了负温度系数偏置电路。采用了传统的占空比调节电路,可调节振荡波形的占空比。仿真结果显示,在3.3 V电源电压下,该... 详细信息

基于SMIC 0.18μm CMOS工艺,设计了一种基于电容充放电的新型低功耗时钟发生器。为了减小温度变化引起的频率波动,设计了负温度系数偏置电路。采用了传统的占空比调节电路,可调节振荡波形的占空比。仿真结果显示,在3.3 V电源电压下,该振荡器可以稳定输出7.16 MHz频率的信号,相位噪声为-104.4 dBc/Hz,系统功耗为1.411 mW,其中环形振荡器功耗为0.811 mW。在-40℃~110℃温度变化范围内,振荡器的频率变化为7.116~7.191 MHz,容差在1.05%以内。同其他时钟发生器相比,该电路具有结构简单、功耗低,以及在宽温度范围内具有较高的频率稳定性等显著特点,能够满足芯片的工作要求,为芯片提供稳定时钟。

关键词：时钟发生器环形振荡器占空比调节电路低功耗

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基于信息融合的燃气环境监测技术研究

仪表技术与传感器 2024年第7期 110-115页

作者：张龙祥冯全源西南交通大学信息科学与技术学院

针对传统燃气安全监测方法只针对于单一环境变量,并不能准确监测环境信息的问题,采用多传感器信息融合算法对燃气环境安全进行监测。首先使用滑动均值滤波算法消除监测数据中出现的异常数据与噪声;其次使用卡尔曼滤波算法对同质传感器... 详细信息

针对传统燃气安全监测方法只针对于单一环境变量,并不能准确监测环境信息的问题,采用多传感器信息融合算法对燃气环境安全进行监测。首先使用滑动均值滤波算法消除监测数据中出现的异常数据与噪声;其次使用卡尔曼滤波算法对同质传感器数据进行数据级融合;最后,采用基于遗传算法优化BP神经网络对数据进行决策级融合。实验结果表明,相对于传统单一监测方法,基于多传感器信息融合的燃气环境监测系统准确率高,可靠性好,在燃气安全方面具有良好的应用场景。

关键词：环境监测多传感器信息融合卡尔曼滤波遗传算法 BP神经网络

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一种适用于LDO的无过冲软启动电路设计

电子元件与材料 2024年第6期43卷 708-712页

作者：邓家雄冯全源西南交通大学微电子研究所四川成都611756

设计了一种适用于LDO的无过冲软启动电路。其核心是采用线性升压的软启动策略来消除浪涌电流,电路结构简单、易于实现。为了解决超调现象,利用晶体管与正反馈电路设计了一种快速比较器,使得软启动电路输出电压能平滑地过渡到稳定工作状... 详细信息

设计了一种适用于LDO的无过冲软启动电路。其核心是采用线性升压的软启动策略来消除浪涌电流,电路结构简单、易于实现。为了解决超调现象,利用晶体管与正反馈电路设计了一种快速比较器,使得软启动电路输出电压能平滑地过渡到稳定工作状态。为了减小版图面积,利用少量的MOS管设计了斜坡产生电路和输入不平衡比较器电路。该软启动电路集成到一款低压差线性稳压器中,采用SMIC 0.18μm BCD工艺实现,电源电压为4.5 V。仿真结果表明,软启动电路有效地消除了浪涌电流,实现输出电压平稳上升无过冲,并能平滑地过渡到稳定工作状态,无超调现象产生。电路结构简单,版图面积为98μm×60μm,便于片上集成,该电路也可以应用到一般的DC-DC稳压器中。

关键词：低压差线性稳压器快速比较器软启动浪涌电流超调现象

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基于恒定功率的热式流量计设计与测试

仪表技术与传感器 2024年第1期 41-45,75页

作者：罗莉冯全源何璇刘彬西南交通大学微电子研究所

针对热式流量计的温度漂移问题,提出了一种恒定功率模式下的热式流量计结构,并对其数字校准方法进行了研究。与传统热式流量计相比,增加了环境探头,该探头内嵌于流体管道壁。各传感器之间采用隔热措施,利用环境探头和感温探头测量得到... 详细信息

针对热式流量计的温度漂移问题,提出了一种恒定功率模式下的热式流量计结构,并对其数字校准方法进行了研究。与传统热式流量计相比,增加了环境探头,该探头内嵌于流体管道壁。各传感器之间采用隔热措施,利用环境探头和感温探头测量得到的电压信号进行实时数字校准。采用音速喷嘴法燃气表检验装置对流量计进行检测。检测结果显示:流量在0.016~0.25 m^(3)/h范围内误差率小于0.5%,流量在0.25~6 m^(3)/h范围内误差率小于1.0%,温度漂移现象有效改善。

关键词：热式流量计恒定功率温度漂移数字校准方法流量检测误差率

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一种带曲率补偿的低功耗带隙基准设计

微电子学 2024年第1期54卷 54-59页

作者：张祖静冯全源刘恒毓西南交通大学微电子研究所成都611756

为了改善传统带隙基准中运放输入失调影响电压精度和无运放带隙基准电源抑制差的问题,设计了一款基于0.35μm BCD工艺的自偏置无运放带隙基准电路。提出的带隙基准源区别于传统运放箝位,通过负反馈网络输出稳定的基准电压,使其不再受运... 详细信息

为了改善传统带隙基准中运放输入失调影响电压精度和无运放带隙基准电源抑制差的问题,设计了一款基于0.35μm BCD工艺的自偏置无运放带隙基准电路。提出的带隙基准源区别于传统运放箝位,通过负反馈网络输出稳定的基准电压,使其不再受运算放大器输入失调电压的影响;在负反馈环路与共源共栅电流镜的共同作用下,增强了输出基准的抗干扰能力,使得电源抑制能力得到了保证;同时采用指数曲率补偿技术,使得所设计的带隙基准源在宽电压范围内有良好的温度特性;且采用自偏置的方式,降低了静态电流。仿真结果表明,在5 V电源电压下,输出带隙基准电压为1.271 V,在-40~150℃工作温度范围内,温度系数为5.46×10^(-6)/℃,电源抑制比为-87 dB@DC,静态电流仅为2.3μA。该设计尤其适用于低功耗电源管理芯片。

关键词：带隙基准无运放自偏置指数曲率补偿负反馈温度系数电源抑制低功耗

具有低EMI和低开启损耗的浮空P区IGBT研究

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微电子学 2024年第1期54卷 116-121页

作者：肖蝶冯全源李嘉楠西南交通大学微电子研究所成都611756

为了优化浮空P区IGBT结构的电磁干扰噪声(EMI)与开启损耗(E_(on))的折中关系,提出一种假栅沟槽连接多晶硅阻挡层的浮空P区IGBT结构。新结构在浮空P区内引入对称的两个假栅沟槽,并通过多晶硅层连接。假栅沟槽将浮空P区分为三部分,减少了... 详细信息

为了优化浮空P区IGBT结构的电磁干扰噪声(EMI)与开启损耗(E_(on))的折中关系,提出一种假栅沟槽连接多晶硅阻挡层的浮空P区IGBT结构。新结构在浮空P区内引入对称的两个假栅沟槽,并通过多晶硅层连接。假栅沟槽将浮空P区分为三部分,减少了栅极沟槽附近的空穴积累,降低了栅极的固有位移电流。二维结构仿真表明,在小电流开启时,该结构与传统结构相比,栅极沟槽空穴电流密度减小90%,明显降低了集电极电流(I_(CE))过冲峰值和栅极电压(V_(GE))过冲峰值,提高了栅极电阻对dI_(CE)/dt和dV_(KA)/dt的控制能力。在相同的开启损耗下,新结构的dI_(CE)/dt、dV_(CE)/dt和dV_(KA)/dt最大值分别降低32.22%、38.41%和12.92%,降低了器件的EMI噪声,并改善了器件EMI噪声与开启损耗的折中关系。

关键词：浮空P区电磁干扰噪声开启损耗小电流固有位移电流